Технологія зварювання хімічно активних тугоплавких металів

Склад структура властивості та застосування хімічно активних та тугоплавких металів

У зв’язку з розвитком нових галузей техніки розширюється застосування хімічно активних металів і сплавів на їх основі, особливо металів “великої четвірки”: ніобій, тантал, молібден, та вольфрам. Ванадій та хром менш тугоплавкі, але мають цінний комплекс властивостей, дякуючи чому вони перспективні.

Фізичні властивості

Метали V a підгрупи мають порівняно з Fe більшу Т_пл (Та в 2 рази), меншу теплоємність та теплопровідність і більший електричний опір, Та має приблизно в два рази більшу густину.

Метали VІ a підгрупи теж мають більшу порівняно з залізом Т_пл (особливо W), меншу теплоємність, більшу (крім Cr) теплопровідність (приблизно в два рази), менший (крім Cr) електроопір (приблизно в два рази).

Всі ці метали не зазнають поліморфних перетворень (W-?), та мають одну модифікацію – ОЦК кристалічну градку .

Механічні властивості

Технічні V, Nb, Ta – мають задовільну міцність (s_в= 20 - 50 кг/мм²), гарну пластичність (d = 25 - 50 %). Технічні метали V a підгрупи задовільно деформуються та зварюються. З них виготовляють листи, полоси, прутки, дроти.

Метали VІ a підгрупи більш схильні до окрихчення. Вони погано обробляються та обмежено зварюються.

Хімічні властивості

Всі ці метали мають велику спорідненість до газів: О₂, N₂, Н₂, особливо при високих температурах (більше 300 – 400 ⁰С). Вони утворюють окисли, хімічні сполуки, розчини вкорінення. В результаті взаємодії металів з газами відбувається зменшення їх пластичності (особливо сильно окричується Mo та W).

Всі метали мають високу корозійну стійкість у ряді агресивних середовищ, зокрема у морський воді, кислотах, лугах та в розплавлених металах (Pb, Na), найбільш стійкий – Та.

Склад

Марки технічних металів:

- технічний ванадій Вн М-1, Вн М-2;

- технічний ніобій Нб1, Нб2, Нб3, НВЧ, НВЧ-1;

- технічний тантал ТВЧ, ТВЧ-1;

- технічний молібден МЧВП, ЦМ1;

- технічний хром Х0, Х1, Х2, ВХ-1;

- технічний вольфрам В-ПМ.

В промисловості використовують переважно сплави цих металів.

Легування металів V a підгрупи такими елементами, як: Ті, Zr, Mo, Al, W, C, B та інш. дозволяє підвищити їх міцність, жаростійкість та жароміцність.

Найбільш широко застосовують ніобієві сплави з легуючими домішками - Mo, W, Zr, V – до 10%.

ВН2, ВН2А, ВНЧ – висока міцність до Т= 1000 – 1370 ⁰С, задовільно зварюються.

Застосовуються у хімічному машинобудуванні, у конструкціях атомних реакторів, трубопроводах з рідкими металами – теплоносіями

(л. е. – Мо, W, V, Zr, Hf) – до 10%.

Тугоплавкі сплави – найбільш корозійностійкі та жароміцні (до Т=1750- 1800 ⁰С), ці сплави мають гарну зварюваність.

Тантал застосовується у медицині (стрижні, скоби, ...).

Метали VI a підгрупи легують такими елементами: Ti, Zr, Hf – в невеликих кількостях, Re (більше 20 – 25%), в невеликих кількостях С (0,04 – 0,06%), В (0,001 – 0,003%) – підвищує пластичність. На метали VI a підгрупи сприятливо вливає реній при вмісті його (>20 – 25%), він підвищує міцність та пластичність та різко зменшує схильність до хладноламкості.

Сплави Re з W, Мо – найбільш жароміцні, та мають найкращу зварюваність.

Молібденові сплави застосовуються у якості жароміцних конструкційних матеріалів – для Т<2000 ⁰С (ВМ1, ВМ2, ВМ3, ЦМ5, ЦМ6, ВМ1Д, ТСМ3, ТСМ4).

Вольфрамові сплави мають підвищену жароміцність, а у деяких випадках і пластичність і пластичність порівняно з чистим W – зварюваність обмежена. Сплави W з Nb (£ 2%Nb), Mo (£ 10 – 15%) та з Zr, Hf, В – придатні для роботи при Т> 3000 ⁰С. Їх використовують для виготовлення сопел реактивних двигунів, в космічній техніці, для обладнання, що працює у рідких металах, для виготовлення деталей електричних печей.